相干自外差电域扫描布里渊光纤传感系统方案设计及测量精度分析

提出了一种同时测量布里渊频移和功率变化的新方案,同时对系统的布里渊频移测量精度进行了分析.从传感光纤反射回来的光经光电探测器外差接收后分成两路电信号,一路用于检测布里渊散射信号整个光谱范围内的功率,另一路用于检测布里渊频移.通过改变本地电信号的频率对信号进行扫描和窄带滤波,从而实现了布里渊频移的精确测量.     

双光纤相干外差检测布里渊频移的传感系统

提出了一种测量布里渊频移的全新简便方案.从2根传感光纤反射回来的光经光电探测器外差接收,通过分析传感信号和参考信号的相对关系进行布里渊频移的测量.通过理论分析和实验结果可以看出:双光纤的引入省略了光的移频调制环节,简化了光路和滤波,降低了对光源的稳频要求,提高了系统的信噪比,增强了系统在实际应用中的可行性.     

小波阈值降噪提高ＢＯＴＤＲ测量精度研究

布里渊光时域反射仪（Brillouin Optical Time Domain Reflectometer, BOTDR）通过单端探测 光纤中的自发布里渊散射来实现布里渊频移测量,存在信噪比较低的缺陷。为此,本文采用小波阈 值降噪对微波外差扫频 BOTDR 测量过程中的每条单频功率曲线进行噪声抑制,最终提高 BOTDR 测量精度。简述了小波阈值降噪原理,构建了基于微波外差扫频测量的 BOTDR 仿真模型,通过仿 真分析不同小波变换参数对测量精度的影响,确定了最佳小波阈值降噪方案。搭建了微波外差扫频 BOTDR 光路及电路实验装置进行温度测量实验,在 10km 传感光纤上对降噪算法进行了实验验证。 实验结果表明,相比于降噪前,降噪后传感光纤末端变温区布里渊频移测量波动极差从 5.8 MHz 降 低至 3.2 MHz,均方根误差由 1.2 MHz 降低至 0.16 MHz,测温精度由±2.545℃提升至±1.4℃。理论仿真和实验研究证明,采用小波阈值 降噪可提升 BOTDR 测量精度。     

基于SOA脉冲调制的BOTDR应变检测系统

电光调制器调制光脉冲时易受偏振态与偏压影响,造成调制脉冲平均功率与消光比不稳定,影响检测系统稳定性,实际中需通过复杂算法校正。本文提出半导体光放大器调制光脉冲的方法,通过改变注入泵浦电流调制光脉冲,采用相干探测结合微波频率扫描方法,获取不同频率点下自发布里渊散射信号,经洛伦兹拟合得到布里渊散射谱,实现光纤沿线布里渊频移解调,并搭建了基于半导体光放大器的BOTDR分布式应变检测系统。实验中选取2.943km光纤末端施加500με,频移测量误差在±0.5MHz范围内。研究表明可实现稳定应变检测。     

基于PPP-80TDA分布式光纤温度传感技术的数值模拟

基于脉冲预泵浦布里渊光时域分析法的分布式光纤温度传感技术是近年来出现的一种新型温度传感技术.本文采用有限差分法对一维瞬态受激布里渊散射的耦合波方程进行了数值求解,分别模拟了传感器在不同温度情况下的布里渊散射三维频谱图,得到了布里渊散射谱的中心频率、布里渊频移以及功率随温度变化的趋势.仿真结果表明,理论模拟与实际相符,并...     

基于FPGA的光泵磁梯度仪频率测量方法

磁梯度测量可以在一定程度上消除地磁日变对测量结果的影响,相比于地磁总场探测具有更高的分辨率,在地质勘探、地球物理以及国防军事方面都具有较高的应用价值.本文提出的测量仪以铯光泵磁力仪作为探头,由FPGA搭建采集系统,实现了磁场数据的测量、显示与存储.对现有铯光泵采集系统的频率测量算法进行改进,提出数字插值与移相结合的测频方法,在保证频率测量采样时间的前提上提高了测量精度,减小了测量误差.之后测试了测频模块的精度误差以及探头的一致性等指标.最后通过磁异常探测实验证明磁场梯度测量相比于磁总场探测可以更清晰的反应磁异常的位置大小等信息.     

SMF中的Stokes光频移的温度传感特性研究

本文首先从单模光纤中声学声子、泵浦光子和stokes光子的频率之间的波矢关系出发,理论推导了单模光纤中的stokes光频移与工作环境温度之间的变化关系式。接着设计了一个基于受激布里渊散射效应的多波长掺铒光纤激光器的结构装置,并实验测试了该多波长光纤激光器的Stokes光频移随外界温度的变化曲线,实验结果表明：Stokes光频率漂移量和温度之间存在很好的线性关系,且随着温度的升高,高阶Stokes光频移对温度的频移系数高于低阶Stokes光。     

基于频谱特征提取的轨道移频信号检测的兼容性设计与实现

提出了一种基于频谱特征提取的轨道移频信号检测的兼容性算法,并在单芯片的微控制器STM32F405RGT6上利用该算法实现了对国产18信息移频信号和ZPW-2000移频信号的兼容性检测。通过综合分析两类移频信号的时频域特征,将过采样、ZFFT频谱细化、频率校正及频谱特征提取结合起来,通过两类不同的数字滤波器适应不同的算法设计需要,通过频谱特征提取实现不同频谱状态下的频率计算方式,有效地提高了频率的检测精度,拓展了调制频率的测量范围。实验结果证明,对国产18信息移频信号和ZPW-2000移频信号的中心频率、上下边频的检测误差不超过±0.1Hz,调制频率的检测误差小于±0.01Hz,在采样数据小于1S情况下,调制频率的测量范围可达到6~30Hz。     

布里渊光时域分析传感器中光偏振控制技术的研究

普通单模光纤的布里渊光频移是光纤温度和应变的函数,可利用布里渊光时域分析(BOTDA)技术来测量光纤各点的温度、应变分布情况。但受激布里渊散射信号在光纤中存在偏振相关性问题,这会影响信号的精度和准确性。本文实验研究正交偏振控制和随机偏振控制技术抑制布里渊光时域分析系统的偏振相关性,优化BOTDA系统的检测性能。     

移频电路分析系统设计

介绍了基于dsPIC的测试系统结构,以及对移频信号进行测试的原理和算法.采用同时从时域和频域两个分析域着手的方法,避开利用频谱幅值求取频偏进而获得边频,而在时域中求取边频;在频域中运用频谱细化技术,提高了运算处理的速度以及频率测试精度,并给出了简洁实用的算法.试验结果表明,该方法能够对移频信号进行准确快速的测量.     

红外气体传感器信号调理及数据处理

针对红外气体传感器易受外界光源、电磁等干扰影响,其输出信号中存在大量噪声而影响检测精度的问题,设计了一种红外气体传感器信号调理及数据处理电路。该电路采用硬件和软件相结合的方法,在硬件上设计了信号调理电路,在保证信号真实性的同时具有非常好的放大滤波功能;在软件上采用中位值平均滤波算法对信号进行处理,可有效克服信号中混入的噪声,且对周期性和热噪声产生的干扰也有很好的抑制作用。试验结果表明,该电路可有效滤除传感器中的大量噪声,准确提取有用信号,提高检测精度及稳定性,满量程精度可达0.54%。     

热导传感器的信噪比改善方法研究

针对如何改善热导传感器的信噪比问题,以煤中氮元素的测试为载体,研究了采用热导传感器在测量煤中含氮百分比过程中改善测量精度的方法。对测量中存在的问题：热导池的不稳定性、温度对试验结果的影响、电源稳定性的影响以及滤波电路的选频特性对对试验结果的影响等进行了原因分析,并逐个进行了相应的方法优化和设计改进,最后通过对测氮系统的输出信号进行对比,结果显示信噪比有较大提高。     

小波分析在激光测距传感器中的应用

激光宽高检测系统利用激光测距原理对行驶车辆的宽高进行检测,而所测信号掺杂有较大的车辆边缘光噪声,降低了系统的测量准确性。鉴于小波分析的时频局部特性,将小波分析法应用到消除高频光噪声干扰的应用中,提高激光车辆宽高检测系统的准确性,并通过Matlab中小波分析工具仿真和实际验证,证明可以消除光噪声对系统的影响和达到提高测量准确度的目的。     

激光旋光仪中微弱光信号检测系统的设计与实现

光信号检测是激光旋光仪中一个不可或缺的组成部分。要求检测系统具有较高的测量分辨率、良好的测量重复性、高抗干扰性能和较高的测量精度。在该微弱光信号转换与信号提取系统中,前置放大器和滤波器的设计直接决定了对被检测信号的有效提取,对整个系统性能起着决定性作用。基于此,该系统利用T型电阻网络设计了前置放大器,对输出的微弱信号进行放大;利用双二阶环电路设计了窄带带通滤波器,滤除噪声后对信号进行提取。实验结果表明,该检测系统能将光功率为90nW的微弱光信号转换成幅度为240mV的电压信号,并且有效地抑制了噪声。     

基于BOTDA的分布式光纤温度传感测量实验研究

为了进一步提高布里渊光时域分析(BOTDA)的测温精度,基于BOTDA的原理,构建了温度传感测量系统。测温实验发现,测温光纤的保护层厚度影响了其测温的精度;裸纤直接测温的精度较高,但也易受外界影响,且易断,故改进光纤的保护层可以提高其测温精度。提出一种将导热硅脂涂敷在光纤上进行测温试验的方法,提高了温度测量的准确性。     

自适应数字滤波技术在光纤陀螺SINS中的应用

光纤陀螺捷联惯导系统(SINS)对外界环境极为敏感,系统的输出信号中含有复杂的高频随机噪声,此噪声将导致系统的长时间导航精度较差。要进一步提升导航系统的精度,必须使用更为有效的滤波技术对器件的输出噪声做处理。传统的数字滤波器采用先验固定截止频率,它往往与实际截止频率存在偏差。为了更加有效地消除器件的高频噪声,提出一种基于稳态隐马尔科夫模型卡尔曼滤波器(HMM/KF)的自适应数字滤波设计方法,并用此方法设计的自适应数字滤波器处理光纤陀螺的原始输出信号,从而高效滤除陀螺仪输出信号中的高频随机噪声。     

基于布里渊散射的光纤传感系统性能分析

根据布里渊光纤时域分析(BOTDA)传感系统连续光谱谱宽较宽的特点,分析了光源强度噪声对直接检测BOTDA光纤传感系统性能的影响,结果表明,连续光源的强度噪声造成系统信噪比的急剧下降.另外,根据布里渊光纤时域反射(BOTDR)传感系统信号很弱的特点,分析了非相干外差检测和带前置光放大器的直接检测BOTDR传感系统的信噪比.     

一种高精度压力计温度影响的误差来源分析及消除

本文给出了一种高精度数字压力计的数据采集电路。为了消除温度对测量精度的影响,分析了温度影响的误差来源,从热噪声、温度变化对传感器的影响及列数据采集电路的影响等误差来源方面,在数字滤波算法、温度补偿算法、电路设计、系统硬件设计等方面给出了相应的解决方法,实现了数字压力计的高精度测量。     

光纤电压互感器光电变换频率特性分析

从提高通频带和抑制噪声两方面综合考虑 ,介绍了具有 0 .2 %测量精度和 2kHz暂态信号通频带的光纤电压互感器光电变换系统设计 ,并分析了其频率特性